광음향 영상의 원리

광음향 영상의 원리

광음향영상(PAI)은 광음향 영상과 광음향 영상을 결합한 의료 영상 기술입니다.광학음향학을 이용하여 상호작용을 통해 초음파 신호를 생성합니다.빛이 기술은 조직을 이용하여 고해상도 조직 이미지를 얻는 데 사용됩니다. 특히 종양 탐지, 혈관 영상, 피부 영상 등 생의학 분야에서 널리 활용됩니다.

원칙:
1. 빛 흡수 및 열팽창: 광음향 영상은 빛 흡수에 의해 발생하는 열 효과를 이용합니다. 조직 내 색소 분자(예: 헤모글로빈, 멜라닌)는 광자(일반적으로 근적외선)를 흡수하여 열에너지로 변환시키고, 이로 인해 국소 온도가 상승합니다.
2. 열팽창이 초음파를 발생시킵니다. – 온도가 상승하면 조직이 미세하게 열팽창하여 압력파(즉, 초음파)를 생성합니다.
3. 초음파 검출: 생성된 초음파는 조직 내에서 전파되며, 이러한 신호는 초음파 센서(예: 초음파 프로브)에 의해 수신 및 기록됩니다.
4. 영상 재구성: 수집된 초음파 신호를 계산 및 처리하여 조직의 구조와 기능 영상을 재구성함으로써 조직의 광 흡수 특성을 파악할 수 있습니다. 광음향 영상의 장점: 높은 대비: 광음향 영상은 조직의 광 흡수 특성을 이용하며, 혈액, 지방, 근육 등 조직마다 광 흡수 능력이 다르기 때문에 높은 대비의 영상을 제공합니다. 높은 해상도: 초음파의 높은 공간 해상도를 활용하여 밀리미터 또는 서브밀리미터 수준의 영상 정확도를 구현할 수 있습니다. 비침습적: 광음향 영상은 비침습적이며, 빛과 소리가 조직 손상을 일으키지 않아 인체 의료 진단에 매우 적합합니다. 심부 영상화 능력: 기존 광학 영상과 비교하여 광음향 영상은 피부 아래 수 센티미터까지 투과할 수 있어 심부 조직 영상화에 적합합니다.

애플리케이션:
1. 혈관 영상: 광음향 영상은 혈액 내 헤모글로빈의 빛 흡수 특성을 감지하여 혈관의 구조와 산소 공급 상태를 정확하게 보여줌으로써 미세순환을 모니터링하고 질병을 진단할 수 있습니다.
2. 종양 탐지: 종양 조직에서는 일반적으로 혈관 신생이 매우 활발하게 일어나며, 광음향 영상은 혈관 구조의 이상을 감지하여 종양을 조기에 발견하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
3. 기능적 영상화: 광음향 영상화는 조직 내 산소화 헤모글로빈과 탈산소 헤모글로빈 농도를 감지하여 조직의 산소 공급 상태를 평가할 수 있으며, 이는 암이나 심혈관 질환과 같은 질병의 기능적 모니터링에 매우 중요한 의미를 갖습니다.
4. 피부 영상 촬영: 광음향 영상 촬영은 표면 조직에 매우 민감하기 때문에 피부암의 조기 발견 및 피부 이상 분석에 적합합니다.
5. 뇌 영상: 광음향 영상은 뇌졸중 및 간질과 같은 뇌 질환 연구를 위해 비침습적인 방식으로 뇌 혈류 정보를 얻을 수 있습니다.

광음향 영상의 과제 및 개발 방향:
광원파장 선택: 서로 다른 파장의 빛은 투과율이 다르므로 해상도와 투과 깊이 사이의 균형을 맞추는 적절한 파장을 선택하는 것이 중요한 과제입니다. 신호 처리: 초음파 신호의 획득 및 처리에는 고속의 정확한 알고리즘이 필요하며, 영상 재구성 기술의 개발 또한 매우 중요합니다. 다중 모드 영상: 광음향 영상은 MRI, CT, 초음파 영상 등 다른 영상 기법과 결합하여 더욱 포괄적인 생의학 정보를 제공할 수 있습니다.

광음향영상은 고대비, 고해상도, 비침습적이라는 특징을 지닌 새로운 다기능 생의학 영상 기술입니다. 기술 발전과 함께 광음향영상은 의료 진단, 기초 생물학 연구, 신약 개발 등 다양한 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 보여주고 있습니다.